半导体物理第5章课件.ppt

1、第5章 非平衡载流子主要内容n处于热平衡状态的半导体处于热平衡状态的半导体,在一定的温度下在一定的温度下,载流子浓度是载流子浓度是一定的一定的,称为称为平衡载流子浓度平衡载流子浓度。n在外界作用下，能带中的载流子数目发生明显改变，即产在外界作用下，能带中的载流子数目发生明显改变，即产生生非平衡载流子非平衡载流子。n大多数情况下大多数情况下,非平衡载流子都是在半导体的局部区域产非平衡载流子都是在半导体的局部区域产生的生的.它们除了在电场作用下的它们除了在电场作用下的漂移运动漂移运动以外以外,还要作还要作扩散扩散运动运动.n本章主要讨论非平衡载流子的运动规律及它们的产生和复本章主要讨论非平衡载流子

2、的运动规律及它们的产生和复合机制合机制.2000)exp(igvcnTkENNpn5.1非平衡载流子的注入与复合p处于热平衡态的半导体处于热平衡态的半导体,在一定温度下在一定温度下,载流子浓度是恒载流子浓度是恒定的定的.本章用本章用n0和和p0分别表示分别表示平衡电子浓度平衡电子浓度和和平衡空穴浓度平衡空穴浓度.p对半导体施加外界作用对半导体施加外界作用,可使其处于非平衡状态可使其处于非平衡状态,此时比此时比平衡态多出来的载流子平衡态多出来的载流子,称为称为过剩载流子过剩载流子,或或非平衡载流子非平衡载流子.pppnnn 00而且而且n=p,其中其中n和和p就是非平衡载流子浓度就是非平衡载流子

3、浓度.产生非平衡载流子的方法：产生非平衡载流子的方法：1.光注入；光注入；2.电注入；电注入；3.高能粒子辐照；高能粒子辐照；4.小注入n如果非平衡少数载流子的浓度远小于平衡多数载流子的如果非平衡少数载流子的浓度远小于平衡多数载流子的浓度，称为浓度，称为小注入小注入。n例如例如,在室温下在室温下n0=1.51015cm-3的的N型硅中型硅中.空穴浓度空穴浓度p0=1.5105cm-3.n如果引入非平衡载流子如果引入非平衡载流子n=p=1.01010cm-3,则则pn0和pp0,所以无论是EFn还是EFp都偏离EF EFn偏向导带底Ec,而EFp则偏向价带顶Ev.但是,EFn和EFp偏离EF的程

4、度是不同的.一般来说，多数载流子的准费米能级非常靠近平衡态的费米能级EF,两者基本上是重合的,而少数载流子的准费米能级则偏离EF很大.0000exp()expexp()expFnFFniiFFpiFpiEEEEnnnk TkTEEEEppnk TkT5.4复合理论n分类q微观机构n直接复合：直接跃迁n间接复合：通过复合中心q发生位置n体内复合n表面复合n复合释放能量的方法q发射光子：有发光现象q发射声子：能量传给晶格，加强晶格的振动q将能量给予其他载流子（俄歇复合）5.4.1直接复合 电子由导带直接跃迁到价带的空状态，使电子和空穴电子由导带直接跃迁到价带的空状态，使电子和空穴成对地消失成对地消

5、失.其逆过程是，电子由价带激发到导带，产生电子其逆过程是，电子由价带激发到导带，产生电子-空空穴对穴对.cEvE 直接复合直接复合复合产生n产生率：单位时间单位体积内产生的电子-空穴对数，用G表示，为温度的函数,与载流子浓度无关。n复合率：单位时间单位体积内复合掉的电子-空穴对数。n其中r复合概率，为温度的函数,与载流子浓度无关。rnpR n热平衡时，产生率等于复合率n净复合率：单位时间单位体积内净复合消失的电子空穴对数。n非平衡载流子的净复合率 200iGrn prn2002)()()(prppnrnnprGRUidn载流子的产生和复合在任何情况下都是存在的。n在热平衡状态下也存在着产生与复

6、合两个过程n只不过这个状态下载流子产生的原因是温度，相应的，描述这种产生过程用热产生率，即单位时间单位体积内热产生的电子空穴对数称为热产生率n当热产生率等于复合率时，半导体就达到热平衡状态。n如果复合率大于热产生率就存在净复合率。n净复合率的数值等于复合率与热产生率之差 n非平衡载流子寿命 n寿命不仅与平衡载流子浓度有关，还与非平衡载流子浓度有关。n小注入条件下)()(100ppnrUpd)(00pnp)(100pnrn对于n型材料，若 n若大注入条件下 n可见，寿命随非平衡载流子浓度增大而减小，n因而，在复合过程中，寿命不再是常数 00pn 01rn)(00pnppr1n一般地说，禁带宽带越

7、小，直接复合的几率越大。n所以，在锑化铟（0.18eV）和碲（0.3eV）等小禁带宽度的半导体中，直接复合占优势。n实验发现，砷化镓的禁带宽度虽然比较大一些，但直接复合机构对寿命有着重要的影响，这和它的具体能带结构有关。n砷化镓是直接带隙半导体。n把直接复合理论用于锗、硅，得到的寿命值比实验结果大的多。n这说明对于硅、锗寿命还不是由直接复合过程所决定，一定有另外的复合机构起着主要作用，决定着材料的寿命，这就是间接复合。n杂质和缺陷在半导体禁带中形成能级，它们不但影响半导体导电性能，还可以促进非平衡载流子的复合而影响其寿命。n实验表明半导体中杂质和缺陷越多，载流子寿命就越短。n通常把具有促进复合

8、作用的杂质和缺陷称为复合中心。n复合中心的存在使电子-空穴的复合可以分为两个步骤，先是导带电子落入复合中心能级，然后再落入价带与空穴复合，而复合中心被腾空后又可以继续进行上述过程。n相反的逆过程也同时存在。5.4.2 间接复合 当只存在一个复合中心能级Et时，相对于Et存在如图所示的四个过程：(1)复合中心能级Et从导带俘获电子；(2)复合中心能级Et向导带发射电子；(3)复合中心能级Et上电子落入价带与空穴复合；-俘获空穴(4)价带电子被激发到复合中心能级Et。-发射空穴这四个过程中(1)和(2)互为逆过程，(3)和(4)也互为逆过程。间接复合过程n电子俘获率：单位体积单位时间被复合中心俘获

9、的电子数n电子产生率：单位体积单位时间复合中心向导带发射的电子数n 空穴俘获率：单位体积单位时间被复合中心俘获的空穴数n空穴产生率：单位体积单位时间空的复合中心向价带发射的空穴数n过程中n导带中电子越多，空的复合中心越多,电子碰到空复合中心而被俘获的机会越大.n电子俘获率=rnn(Nt-nt)nrn反映复合中心俘获电子能力的大小，称为电子俘获系数nn：导带电子浓度nnt：复合中心能级上电子浓度nNt-nt：未被电子占据的复合中心浓度n过程中n只有已被电子占据的复合中心才能发射电子.n考虑非简并情况，可以认为导带基本上是空的，产生率与导带电子浓度无关n电子产生率=s-ntns-称为电子激发概率，

10、温度一定，它的值一定n平衡时，电子俘获率电子产生率nrnn(Nt-nt)=s-nt于是，于是，10expctncnEEsr Nr nk T其中，其中，100expexpctticiEEEEnNnk Tk Tn1恰好等于费米能级恰好等于费米能级EF与复合中心能级与复合中心能级Et重合时的平衡电子浓度。重合时的平衡电子浓度。1ntr n n电子生产率00expcFcEEnNk T00exp1tttFNnEEk Tn3 过程中n只有已被电子占据的复合中心才能俘获空穴.n空穴俘获率=rppntnrp称为空穴俘获系数np：价带空穴浓度n4 过程中n价带中电子只能激发到空的复合中心能级.n只有空着的复合中

11、心才能向价带发射空穴.n空穴产生率=s+(Nt-nt)ns+称为空穴激发概率n平衡时，空穴俘获率空穴产生率nrpp0nt0=s+(Nt-nt0)00expFvvEEpNk T于是，于是，100expexptvitviEEEEpNnk Tk T1psr p其中，其中，p1恰好等于费米能级恰好等于费米能级EF与复合中心能级与复合中心能级Et重合时的平衡空穴浓度重合时的平衡空穴浓度1ppttGr pNnn稳定条件是指复合中心能级上电子数不再发生变化，既不增加也不减少n1过程和4过程造成复合中心能级上电子的累积n2过程和3过程造成复合中心能级上电子的减少n在稳定条件下 +=+nrnn(Nt-nt)+r

12、pp1(Nt-nt)=rnn1nt+rppnttn1 pn1p1N(nrp r)r(nn)r(pp)tnn在稳定条件下-=-n等式左端表示单位时间单位体积内导带减少的电子数n等式右端表示单位时间单位体积内价带减少的空穴数。n即导带每损失一个电子，同时价带也损失一个空穴，电子和空穴通过复合中心成对地复合。n因而上式正是表示非平衡载流子的复合率，用U表示 非平衡载流子通过单一复合中间接复合的复合率表示式式中rn和rp分别是电子和空穴俘获系数，反映了复合中心能级Et俘获电子和空穴能力的强弱12t n pin1p1UN r r(npn)r(nn)r(pp)ntttrn Nnn n n1和p1分别是EF

13、恰好与Et重合时的平衡导带电子和价带空穴浓度，即ctciitit1cci000EEE-EE-EE-EnN exp()N exp()n exp()k Tk Tk Tvtviitit1vvi000EEEEE-EE-EpN exp()N exp()n exp()k Tk Tk T平衡态时 np=n0p0=ni2，即净复合率U=0；当存在非平衡载流子注入时，npni2，U0。将n=n0+n及p=p0+p代入公式，得表明寿命/Nt，也就是复合中心浓度越高寿命越小。小注入时p(n0+p0)，如果rn和rp相差不大，可得到t2N r r(n p p p p)n p00Ur(nnp)r(ppp)n01p01n

14、01p01t n p00r(nnp)r(ppp)pUN r r(npp)n01p01t n p00r(nn)r(pp)N r r(np)n所以小注入条件下间接复合所决定的寿命只取决于n0、p0、n1和p1的值，与p无关。nn0、p0、n1和p1大小分别取决于费米能级EF和复合中心能级Et的位置n分别由（EC-EF)、(EF-EV)、(EC-Et)、(Et-EV)决定n这几个值通常互相相差若干数量级，只要考虑其中的最大项即可。ct1c0EEnN exp()k Ttv1v0EEpN exp(-)k T00expcFcEEnNk T00expFvvEEpNk T寿命随载流子浓度的变化寿命随载流子浓度

15、的变化现在我们在复合中心的种类及其浓度不变的情况下，讨论现在我们在复合中心的种类及其浓度不变的情况下，讨论 在禁在禁级级的变化。设复合中心能的变化。设复合中心能随电子的平衡浓度随电子的平衡浓度寿命寿命tEpn00 lnn p 1234cEtEiEtEvEFE（分四个区域）（分四个区域）强强N弱弱P弱弱N强强P对称的位置。对称的位置。之上与之上与，它表示在，它表示在级级为了方便起见，引入能为了方便起见，引入能titEEE 一般规律如右图所示。一般规律如右图所示。变化的变化的随随带的下半部，寿命带的下半部，寿命FE 的变化。的变化。随随我们分四个区域讨论我们分四个区域讨论FE 强强N型区型区费米能

16、级费米能级EF在在Et和导带底和导带底Ec之间（之间（EtEFp0，n1，p1于是，于是，1pptr N即寿命是一个与载流子浓度无关的常数，它决定于复合中即寿命是一个与载流子浓度无关的常数，它决定于复合中心对空穴的俘获几率。心对空穴的俘获几率。在这种情况下，复合中心能级在这种情况下，复合中心能级Et在在EF之下，只要空穴一旦之下，只要空穴一旦被复合中心能级所俘获，就可以立刻从导带俘获电子，完被复合中心能级所俘获，就可以立刻从导带俘获电子，完成电子成电子-空穴对的复合。空穴对的复合。弱弱N型区（高阻区）型区（高阻区）费米能级费米能级EF在本征费米能级在本征费米能级Ei和和Et之间（之间（EiEF

17、 Et），），这时，这时，p1 最大，于是最大，于是10t npN r n在这种情况下，寿命与电子（多子）的浓度在这种情况下，寿命与电子（多子）的浓度n0成反比成反比越接近本征区，与空穴复合的电子数目越少，寿命则越长。越接近本征区，与空穴复合的电子数目越少，寿命则越长。3 强强P型区型区费米能级费米能级EF在价带顶在价带顶Ev和和Et之间（之间（EvEF n0，n1，p1于是，于是，1nntr N即寿命是一个与载流子浓度无关的常数，它的数值由复合即寿命是一个与载流子浓度无关的常数，它的数值由复合中心对电子的俘获几率来决定。中心对电子的俘获几率来决定。4 弱弱P型区型区费米能级费米能级EF在本征

18、费米能级在本征费米能级Et和和Ei之间（之间（EtEFrn，就是空穴陷阱，反之则为电子陷阱。n以电子陷阱为例，则n当n1=n0时，上式取极大值。nnnnNntt2101)(max0()4ttNnnnn对于有效复合中心，电子俘获系数与空穴俘获系数的数值相差不大，n而有效陷阱中心两者相差很大。n若 ，陷阱俘获电子后，很难俘获空穴，因为被俘获的电子往往在复合前（即落入价带前）又被激发重新释放回导带。n即落入陷阱中心的电子很难与空穴复合。n这样的陷阱就是电子陷阱。n电子陷阱中的电子要和空穴复合，它必须重新激发到导带，再通过有效复合中心完成和空穴的复合。若 ，陷阱就是空穴陷阱。pnrr nprr n实际

19、上的陷阱效应往往是少数载流子的陷阱效应。n最有利于陷阱作用的能级位置与平衡时的费米能级相同。n对于电子陷阱，费米能级以上的能级越接近费米能级，陷阱效应越显著。n电子落入陷阱后，基本上不直接与空穴复合，而是首先激发到导带，然后才能在通过复合中心复合。n因此陷阱的存在大大增长了从非平衡态到平衡态的弛豫时间。5.6载流子的扩散运动n扩散的概念：n 扩散现象反映微观粒子在特定条件下的运动规律。分子、原子、电子等微观粒子均可在气体、液体、固体中产生扩散运动。n 产生扩散运动的原因（或动力）是各种因素造成的微观粒子的浓度梯度，微观粒子总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散。n 扩散运动与微观粒子的热运动密切

20、相关，使无规则运动有序化，产生定向运动。n 扩散运动的快慢与微观粒子本身的性质及其所处的环境有关，例如：电子和空穴在硅和锗中的扩散系数各不相同。n对于一块均匀掺杂的半导体，例如n型半导体，电离施主带正电，电子带负电，由于电中性的要求，各处电荷密度为零，所以载流子分布也是均匀的，即没有浓度差异，因而均匀材料中不会发生载流子的扩散运动。n如果用适当波长的光均匀照射这块材料的一面，并且假定在半导体的表面层内，光大部分被吸收。那么在表面薄层内将产生非平衡载流子，而内部非平衡载流子却很少，即半导体表面非平衡载流子浓度比内部高，这必然会引起非平衡载流子自表面向内部扩散。光光 照照0wx 非平衡少子的扩散非

21、平衡少子的扩散n均匀掺杂的半导体，一侧用适当波长的光均匀照射材料的一面n把单位时间通过单位面积的粒子数称为扩散流密度。n实验发现，扩散流密度与非平衡载流子浓度梯度成正比。n若用Sp表示空穴扩散流密度dxxpd)(浓度梯度dxxpdDSpp)(n其中Dp扩散系数，单位cm2/sn一维稳定情况下，非平衡少数载流子空穴的变化规律：（稳态扩散方程）n其中22()()ppdSxdp xDdxdx)()(xpdxxdSpn所以n普遍解为n其中22()()pdp xp xDdx)exp()exp()(ppLxBLxAxpppDL 1.样品足够厚n因此 0,px0B)exp()(pLxAxp00)(,)(,0

22、pAppx)exp()()(0pLxpxpn非平衡子载流子平均扩散距离（扩散长度）n空穴扩散流密度pPPLdxLxdxLxxdxxpdxxpxx0000)exp()exp()()()()exp()()(0 xpLDLxpLDxSPppPpp2.样品厚度一定n边界条件n可得0)(,0;0,ppxpWx0)exp()exp()(0ppLWBLWApBAn解此联立方程得n若n则)()()()(0ppLWshLxWshpxppLW)1()()()(00WxpLWLxWpxpppn此时非平衡载流子在样品内呈线性分布n扩散流密度n扩散流密度是一个常数n意味着由于样品很薄,非平衡载流子还来不及复合就扩散到了

23、样品的另一端.n晶体管中基区非平衡载流子分布符合该情况WDpSPp0)(n稳态扩散方程n空穴扩散电流密度n电子扩散电流密度()()ndiffnd n xJqDdx()()PdiffPd p xJqDdx()nnd n xSDdx 2()()ndn xn xDdxn 电子扩散流密度n考虑三维情况，假定载流子各个方向的扩散系数相同n扩散流密度的散度的负值就是单位体积空穴的积累率)(pDSpp2()ppSDp n稳定情况下等于单位时间在单位体积内由于复合消失的空穴数（稳态扩散方程）n空穴的扩散电流密度n电子的扩散电流密度ppppD)(2()()PdiffpJqDp ()()ndiffnJqDn 5.

24、7载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式q 外加电场q n型均匀掺杂半导体，沿x方向加一均匀电场，同时在表面处光注入非平衡载流子.0()()ndriftnnJq nnEqnE0()()pdriftppJq ppEqpEn空穴的电流密度n电子的电流密度dxpdqDEqpJJJppdiffpdriftpp)()(dxndqDEqnJJJnndiffndriftnn)()(q载流子浓度梯度和电场同时存在时,载流子的电流密度 等于扩散电流密度与漂移电流密度之和.n迁移率 反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量。n扩散系数 反映存在浓度梯度时载流子运动的难易程度。爱因斯坦从理论上找到了扩散系数和迁移率之间

25、的定量关系 爱因斯坦关系式的推导n考虑热平衡状态的非均匀的n型半导体，施主杂质浓度随x的增加而下降。n由于浓度梯度的存在，有扩散电流n扩散电流密度dxxdnqDJndiffn)()(0dxxdpqDJpdiffp)()(0q 在热平衡情况下，在在热平衡情况下，在杂质非均匀分布杂质非均匀分布的半导体中的半导体中,存在载流存在载流子浓度梯度子浓度梯度,由此引起载流子的扩散运动由此引起载流子的扩散运动,使载流子有均匀使载流子有均匀分布的趋势分布的趋势;q 但电离杂质是固定不动的但电离杂质是固定不动的.q 半导体中出现空间电荷半导体中出现空间电荷,因而形成电场因而形成电场.q 通常称之为通常称之为自建

26、电场自建电场q 该电场引起载流子的漂移运动该电场引起载流子的漂移运动.在热平衡情况下在热平衡情况下,自建电场自建电场引起的漂移电流与扩散电流彼此抵消引起的漂移电流与扩散电流彼此抵消,总的电流密度等于零总的电流密度等于零.n体内自建电场产生漂移电流n平衡时总电流、电子电流和空穴电流均等于0ExqnJndriftn)()(00()()pdriftpJqp xE0)()(diffpdriftppJJJ0)()(diffndriftnnJJJn可得n半导体内的电场分布n在非简并情况下，电子的浓度dxxdnqDExqnnn)()(00dxxdVE)()(exp)(00TkExqVENxncFccEFEV

27、E 非均匀半导体能带的示意图非均匀半导体能带的示意图v平衡时,半导体各处的费米能级都相同.v由于存在自建电场,电势V是坐标x的函数,这将使电子附加静电势能-qV(x).v导带底的能量Ec(x)可写为 ccExqV xE n求导得n代入可得爱因斯坦关系式n同理可得dxxdVTkqxndxxdn)()()(000qTkDnn0qTkDpp05.8连续性方程n连续性方程是非平衡少数载流子同时存在扩散运动和漂移运动时所遵守的运动方程。n一般情况下，非平衡载流子浓度不仅是位置的函数，也随时间变化 nn型半导体为例，由于扩散，单位时间单位体积中积累的空穴数n由于漂移，单位时间单位体积中积累的空穴数22)(

28、1xpDxJqPdiffP()1PdriftppJEpEpqxxx n小注入条件下，单位时间单位体积内复合消失的空穴数为 ngp：其他外界因素引起的单位时间单位体积中空穴的变化 pn单位时间单位体积内空穴随时间的变化率 连续性方程n假设 gp=0 22PpppEppppDEpgtxxx0tpn这时连续性方程称为稳态连续性方程。n假设电场是均匀的，则 n所以0 xE022pdxpdEdxpdDpPn普遍解n其中12下面方程的两个根n令空穴的牵引长度:表示空穴在电场作用下,在寿命时间内所漂移的距离n上式变为xxBeAep21012EDppPpLEE 01)(22ELLpp22122()()42pp

29、ppLELELL0021 ，可见，可见，满足边界条件的解应具有满足边界条件的解应具有:从注入点起从注入点起,随距离增加而衰减的性质随距离增加而衰减的性质2xpBe 00,()xpp 220()xxpBep e PPLEL若电场很强若电场很强22222222224()()1()()4()222()()1()21()pppppppppppppppLLELELELELLELLLLELELELLE 0()exp()pxppLE PPLEL若电场很弱若电场很弱2222222222()()21()()4422()()21821pppppppppppppppLELELLELELLLLLELELLLL 0()

30、exppxppL n电场很强，扩散运动可以忽略n由表面注入的非平衡载流子深入样品的平均距离为牵引长度n电场很弱，漂移运动可以忽略n由表面注入的非平衡载流子深入样品的平均距离为扩散长度n连续性方程的应用1、光激发载流子的衰减若光照在均匀半导体内部均匀地产生非平衡载流子假设没有电场，在t=0时刻光照停止ptp0px2、少数载流子脉冲在电场中的漂移n在一块均匀的n型半导体，用局部的光脉冲照射会产生非平衡载流子。n假定无外加电场，当局部脉冲停止后，空穴的一维连续性方程pppxpDtp22n假设方程的解为n代入上式得n若t=0时，过剩空穴只局限于x=0附近的很窄的区域内。ptetxfp),(22),()

31、,(xtxfDttxfp一维热传导方程的标准形式n上式的解为 n进而可得)4exp(),(2tDxtBtxfp)4exp(2ppttDxtBpn上式对x从负无穷到正无穷积分后，令t=0就得到单位面积上产生的空穴数，即n最后得到ppDBN4)4exp(42ppPpttDxtDNpn上式表明没有外加电场，光脉冲停止注入后,注入的空穴由注入点向两边扩散，同时不断发生复合，峰值随时间下降。n若样品加上一均匀电场，则连续性方程为pppptpExpDtp22Figure 5-19(b)无外加电场无外加电场n同理可解出n上式表明，外加电场时，光脉冲停止后，这个非平衡载流子的“包”以漂移速度p|E|向样品的负

32、端运动。（图5-19c）n海恩斯-肖克莱实验(漂移迁移率)4)(exp42pppPpttDtExtDNpFigure 5-19(c)外加电场外加电场连续性方程应用时注意事项n前面给出的连续性方式为一般表达式n在不同的条件下，具有不同的形式n例如半导体中电场是均匀的，则含有电场偏导数的项应为零。n要根据具体情况，正确应用连续性方程。思思 考考 题题5-1、何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异、何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？何在？解：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子解：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流浓度

33、超过热平衡载流子浓度，额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。通常所指的非平衡载流子是指子就是非平衡载流子。通常所指的非平衡载流子是指非平衡少子。非平衡少子。热平衡状态下半导体的载流子浓度是一定的，产生与热平衡状态下半导体的载流子浓度是一定的，产生与复合处于动态平衡状态，跃迁引起的产生、复合不会复合处于动态平衡状态，跃迁引起的产生、复合不会产生宏观效应。在非平衡状态下，额外的产生、复合产生宏观效应。在非平衡状态下，额外的产生、复合效应会在宏观现象中体现出来。效应会在宏观现象中体现出来。5-2、漂移运动和扩散运动有什么不同？、漂移运动和扩散运动有什么不同？解：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生

34、的定向解：漂移运动是载流子在外电场的作用下发生的定向运动，而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子运动，而扩散运动是由于浓度分布不均匀导致载流子从浓度高的地方向浓度低的方向的定向运动。前者的从浓度高的地方向浓度低的方向的定向运动。前者的推动力是外电场，后者的推动力则是载流子的分布引推动力是外电场，后者的推动力则是载流子的分布引起的。起的。5-3、漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并、漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系？半导体的迁移率与扩散系数之间有什么联系？解：漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散解：漂移运动与扩散运动之间通过迁移率与扩散系数相

35、联系。而非简并半导体的迁移率与扩散系系数相联系。而非简并半导体的迁移率与扩散系数则通过爱因斯坦关系相联系，二者的比值与温数则通过爱因斯坦关系相联系，二者的比值与温度成反比关系。即度成反比关系。即5-4、平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时、平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不同？间与非平衡载流子的寿命又有何不同？答：平均自由程是在连续两次散射之间载流子自由答：平均自由程是在连续两次散射之间载流子自由运动的平均路程。而扩散长度则是非平衡载流子深运动的平均路程。而扩散长度则是非平衡载流子深入样品的平均距离。它们的不同之处在于平均自由入样品的平均距离。它们的不同

36、之处在于平均自由程由散射决定，而扩散长度由扩散系数和材料的寿程由散射决定，而扩散长度由扩散系数和材料的寿命来决定。命来决定。平均自由时间是载流子连续两次散射平均所需的平均自由时间是载流子连续两次散射平均所需的自由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子自由时间，非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的平均生存时间。前者与散射有关，散射越弱，平的平均生存时间。前者与散射有关，散射越弱，平均自由时间越长；后者由复合几率决定，它与复合均自由时间越长；后者由复合几率决定，它与复合几率成反比关系。几率成反比关系。5-5 间接复合效应与陷阱效应有何不同？间接复合效应与陷阱效应有何不同？不同点：不同点：1、间接复合效应是指非平衡载流子通过复合中心、间接复合效应是指非平衡载流子通过复合中心Et而逐渐消失的效应，而逐渐消失的效应，Et的存在可能大大促进载流子的复合；的存在可能大大促进载流子的复合；rprn 陷阱效应是指陷阱效应是指陷阱陷阱能级能级Et显著收容显著收容非平衡载流子的效应，非平衡载流子的效应，其其使瞬态过程延长，其使瞬态过程延长，其 rp与与rn相差很大相差很大2 2、最有效的复合中心在禁带中央，而最有效的陷阱能级在费、最有效的复合中心在禁带中央，而最有效的陷阱能级在费米能级附近。米能级附近。